2.5.8. Иодидный метод рафинирования циркония и гафния

Этим способом получают металл высокой чистоты, открыт в 1925 г.

Zr_{черновой} + 2 I₂ ZrI₄ Zr_чистый + 2 I₂ (2.143)

Данный процесс состоит из трех стадий:

1. Взаимодействие I₂ + Zr_{черновой}.

2. Перенос тетраиодида циркония в газовой фазе в область более высоких температур.

3. Разложение тетраиодида.

В аппарате помещается черновой цирконий. При температуре чернового циркония 250 - 300 ^оС процесс идет с наибольшей скоростью, а в интервале 300 - 450 ^оС процесс замедляется. Объясняется это замедлением диффузии паров иода от проволок к черновому цирконию вследствие повышения упругости паров ZrI₄, а при дальнейшем повышении температуры – взаимодействием ZrI₄ c черновым цирконием с образованием малолетучих низших иодидов. Оптимальная температура нити 1300 ^оС. Аппараты изготовлены из сплава никеля с хромом.

Рафинированию подвергают цирконий, полученный магниетермическим способом, электролизом. В одном аппарате получают до 50 кг циркония. На 1 кг чернового циркония идет 50 г иода. Чистота получаемого металла - 99,96 %. Циркониевые нити имеют диаметр 2 мм, после завершения процесса – 25 - 30 мм, длина 2 м. В процессе иодидного рафинирования отделяются примеси кислорода, азота.

2.5.9. Производство компактных циркония и гафния

Компактный металлический цирконий получают:

1. способом порошковой металлургии;

2. электродуговой плавкой;

3. электроннолучевой плавкой;

4. плазменной плавкой.

2.5.9.1. Метод порошковой металлургии

Перерабатывают небольшое количество металла, только тогда, когда необходимо получать фасонные изделия. Методы порошковой металлургии типичны, как и для других тугоплавких металлов.

2.5.9.2. Электронно-лучевая плавка гафния

Сочетаются плавка с рафинированием от более летучих примесей за счет высокого вакуума (10^-4 – 10^-5 мм рт. ст.). Цирконий в некоторой степени очищается и от растворенного кислорода.

2.5.9.3. Плазменная плавка

Осуществляется в плазмотронах. Газ, попадая в область высоких температур между электродами, ионизируется. При попадании газа на металл происходит деионизация газов и выделяется тепло, за счет чего плавится металл. Металл стекает в кристаллизатор.

2.5.9.4. Плавка в электродуговых печах

Проводят плавку с расходуемым электродом. Циркониевые электроды изготавливают методом порошковой металлургии. Если необходимо - в процессе вводят легирующие добавки. Плавку ведут в вакууме или инертной атмосфере. Для получения однородных слитков проводят многократный переплав, используя первичный слиток в качестве расходуемого электрода. Диаметр слитков – 150 - 250 мм. Расход электроэнергии зависит от диаметра слитка при диаметре 150 мм – 1,2 кВтч/кг, при диаметре 250 мм – 0,8 кВтч/кг. Скорость плавки также зависит от диаметра слитка (110 - 270 кг/час).